装载机的总体布置是在发动机型号及各总成部件的结构形式、轮胎的尺寸及总体参数确定之后进行。总体布置就是在参考同类型装载机的基础上,从保证装载机的主要性能出发,在总体设计和各总成部件设计密切配合的情况下,通过绘制总体布置草图,根据使用要求及桥荷分配来协调各总成的性能,并确定和控制它们的位置、尺寸和质量。总体布置不仅要使得装载机有良好的使用性能,而且必须保证操作轻便、拆装容易和修理方便。
(一)总体布置草图基准面的选择
为了确定各总成部件在整机上的位置和尺寸,首先将初步确定的轴距、轮距和轮胎尺寸画在总体布置草图上,参考同类型装载机车架的高度确定车架上缘的位置,然后选择3 个基准面。通常基准面这样选取:
(1)以通过后桥中心线的水平面为上下位置的基准面。
(2)以通过后桥中心线的垂直平面为前后位置的基准面。
(3)以通过装载机纵向对称面为左右位置的基准面。
(二)发动机和传动系的布置
发动机通常布置在装载机的后部中央,这样不仅可以改善驾驶员的前视野,而且可增加装载机的稳定性。发动机的前后布置,根据桥荷分配确定,其曲轴中心线的上下位置在不影响整机的使用要求和传动系布置的情况下,希望尽可能低些,以降低装载机重心高度。发动机位置确定后,即可安排液力变矩器、变速箱的位置和确定传动轴的数目。
(三)铰接车架铰销和传动轴的布置
铰接车架铰销的布置一般采用以下两种形式:
(1)铰销布置在前后桥轴线的中间,这种布置方式,装载机转弯时前后轮轮迹相同,这不仅在松软地面上可以减小转向阻力矩和行驶阻力,而且前轮能通过的狭小场地,后轮也能顺利地通过,因此,在可能情况下多采用此种方案。
(2)铰销布置在前后桥轴线中间偏前,这样布置,装载机转弯时,前轮转向半径大于后轮转向半径。在铰销布置在前后桥轴线中间而造成传动部件布置困难时,常采用这种布置方案。
转向油缸布置在铰销的两侧,油缸体和活塞杆分别铰接在前后车架上,为了保证转向安全可靠和对称布置,大多数装载机都采用两个转向油缸。前后车架绕其铰销的相对转角左右可达45°,但一般取35°~40°。
现代大多数装载机都采用双桥驱动,其前后传动轴一般布置在装载机的纵向对称平面内,并尽可能使它们呈水平位置。
(四)摆动桥的布置
由于装载机行驶速度较低并且为保证它在铲装作业时的稳定性,装载机一般都不装设弹性悬架。为了使装载机在凹凸不平的地面上行驶时驱动车轮都能与地面接触,多采用一个纵向销轴将驱动桥和车架铰接,上部车架可以绕纵向销轴相对于驱动桥上下摆动一定角度(一般±10° 左右)。摆角由限位块限制。摆动桥可布置在后桥亦可布置在前桥。
1.后桥摆动
后桥摆动有两种结构形式,一种是通过固定在后驱动桥上的副车架用纵向销轴与车架铰接,如图6.3(a)所示;另一种是后驱动桥和车架直接用纵向销轴铰接,如图6.3(b)所示,这种结构形式重心较低。
图6.3 后桥摆动简图
1—后车架;2—销轴;3—副车架;4—挡铁。
后桥摆动的装载机由于驾驶员随前桥一起摆动,因此在作业过程中,驾驶员对铲掘面实际感觉性好,但容易疲劳。
2.前桥摆动
这种结构是整个前车架绕纵向销轴摆动,如图 6.4 所示,如果驾驶室布置在后车架上,由于驾驶员不与前车架一起摆动,作业时实际感觉性差,因此现代装载机较少采用。
图6.4 前车架摆动简图
(五)工作装置布置
装载机的工作装置布置在整机的前端,布置时结合工作装置的设计确定动臂与车架的铰点位置(见图6.5)。在工作装置参数不变的情况下,铰点位置靠前虽然可以增大铲斗的卸载距离,但同时也使倾翻力矩增大,为此,在可能情况下,铰点应尽可能向后布置,但要考虑驾驶员出入驾驶室方便及铰接式装载机在最大转角时工作装置不与驾驶室相碰。
从降低重心高度出发希望动臂与车架的铰点A 低些,但这同样会使最大卸载高度降低或增大动臂的回转角度,以致减小卸载距离及动臂油缸力臂,造成油缸受力不利。动臂从最低位置到最大举升时的回转角度一般取90° 左右。
动臂油缸与车架的铰点M 及油缸与动臂的铰点H 的位置是在考虑油缸受力及其行程的情况下确定的。动臂油缸缸体与车架一股采用两种铰接方式。一种是油缸下端与车架铰接,如图6.5(a)所示;另一种是油缸中部与车架铰接,如图6.5(b)所示。动臂油缸活塞杆与动臂的铰点为H,H 点一般布置在靠近动臂后端约为其长度的 1/3 处为宜。动臂油缸上下铰点H、M 的选择,应满足动臂在最低位置时∠AHM=90°,这样铲掘时提升力最大。
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图6.5 工作装置布置简图
(六)驾驶室的布置
整体车架轮胎式装载机,为使驾驶室的视野好,一般都将驾驶室布置在车架的前部(见图6.6)。
履带式装载机的发动机置于前部,所以驾驶室通常布置在后部(见图6.7)。
图6.6 轮胎式整体车架装载机驾驶室布置
图6.7 履带式装载机驾驶室布置
铰接式装载机驾驶室的布置方案有以下3 种:
(1)驾驶室悬臂固定在前车架的后端[见图6.8(a)]。
这样布置铲斗始终在驾驶员的前方,同时转向时驾驶员随前车架一起转动,前方视野较好,铲装物料及卸载时便于对中,但由于驾驶室在前车架上,而发动机和变速箱等是在后车架上,所以操纵机构较为复杂。
(2)驾驶室悬臂固定在后车架的前端[见图6.8(b)]。
这种布置形式转向时驾驶员不随工作装置一起转动,卸载时对中性不如前者。作业时驾驶员受冲击较小,不易疲劳。前后视野中等,目前大多数铰接装载机采样这种布置方案。
图6.8 铰接式装载机驾驶室布置方案
(七)操纵系、油箱及平衡重布置
操纵系统包括变速杆、停车制动和工作装置液压系统操纵杆及踏板等,它们的布置原则是保证驾驶员操纵方便。
铰接式装载机的燃油箱和工作油箱一般多布置在后车架的两侧,配重尽可能置于装载机的最后端,以利于平衡铲斗中的载荷。
(八)桥荷分配及压力中心控制
在总体布置草图上,当初步布置了各总成部件的位置后,须验算桥荷或压力中心。首先参考同类型装载机相应的总成部件,估计或计算出各总成和部件的重量,确定它们的重心位置Gi ,并标注出其重心距后桥中心的水平距离Xi。则装载机重心距后桥中心的距离 l2按下式计算:
式中 ∑ Gi——装载机各总成部件重量的总和,N,应与所选取的装载机自重GZ接近。
根据选定的轴距L 和算出的l2,即可求出地面对前后桥的支反力R1、R2(见图6.9)。
式中 GZ——装载机的使用重量,N;
QH——装载机额定载重量,作用在铲斗的几何中心,N。
图6.9 装载机前后桥荷分配
如果将式(6.20)和(6.21)中的QH 取为零,此时计算出的 R1 和 R2 即为装载机空载时前后桥负荷。若算出的结果与确定的桥荷相近,即可按以上布置进行设计。假若相差很多,则应进行调整。调整的方法一般为:改变配重的重量;改变某些部件相对后桥中心线的位置;将车架及固定在它上边的总成相对前后桥移动适当的距离。以上这些方法有时采用一种,有时需要综合使用,这要根据具体的情况灵活掌握。改变配重的重量是调整桥荷最简单的方法,但配重不能加得太多,否则将造成装载机的自重增加,动力性下降。
控制桥荷分配是总体布置中的重要任务之一,因为桥荷分配直接影响着装载机的使用性能,如牵引性、通过性及转向操纵性等,因此总体布置时必须给予足够的重视。
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